KR200487764Y1

KR200487764Y1 - 하폐수 고도처리장치

Info

Publication number: KR200487764Y1
Application number: KR2020170005915U
Authority: KR
Inventors: 김연길; 변경태; 김종원; 홍광일; 구재영; 강줄기; 우광재
Original assignee: 대웅이엔에스 (주)
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-10-30
Also published as: KR20170004019U

Abstract

하폐수 고도처리장치가 개시된다. 본 고안의 하폐수 고도처리장치는, 하폐수의 미생물에 의한 탈인 반응과 탈질 반응이 이루어지는 미생물 반응조; 상기 미생물 반응조로부터 하폐수를 공급받아 미생물 반응, 침전, 배출공정이 연속적으로 이루어지는 연속 회분식 반응조; 상기 연속 회분식 반응조에서 정화된 정화수를 배출하는 방류조; 및 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부 공간에 각각의 내부 공간에 수용된 하폐수에 상기 하폐수의 온도보다 일정 이상의 고온을 제공하는 고온 제공부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하폐수 고도처리장치{APPARATUS FOR ADVANCED TREATMENT OF SEWAGE AND INDUSTRIAL WASTEWATER}

본 고안은, 하폐수 고도처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 특히 동절기와 같은 저온 시기에 하폐수를 처리함에 있어서, SBR계열, A2O계열 등, 어느 처리공법이든 범용적으로 적용하여, 하폐수의 미생물 관련조의 처리 온도를 보다 상승시켜 질소/인의 처리효율을 향상시킬 수 있는 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오수, 폐수, 하수 등(이하 '하폐수'라 한다)의 처리에 있어서 중요한 점은 하폐수 내의 질소, 인 및 유기물 등의 함유량과, 물의 탁도, pH 등을 필요한 수준으로 처리하고, 병원성 미생물을 제거하여 환경공학적으로 안정하도록 처리하는 일이다.

주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생되는 질소나 인이 수계로 유입되면, 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소결핍 등을 야기하게 되며, 상수 중의 암모니아는 염소 요구량을 증가시키고, 질산성 질소가 음용수 중에 높은 농도로 존재하는 경우 청색증와 같은 질병을 유발하여 건강에 영향을 주기도 한다. 또한 질소·인 등의 상수원 유입으로 인한 조류의 과잉성장으로 수돗물의 맛과 냄새 등에서 불쾌감을 일으킬 우려가 있고, 정수공정인 모래 여과지의 막힘 현상을 유발하며, 남조류가 과잉 번식한 경우, 독성 물질을 생성하여 사람의 건강에 장애를 주기도 한다.

이와 같이, 수계로의 질소·인 유입은 정수비용의 증가에 따른 경제적인 손실발생, 공중보건상 안전하고 깨끗한 수자원확보의 어려움 등의 문제를 유발시키며, 따라서 수계로의 영양염류 유입을 차단하는 것이 가장 근원적인 해결책이므로 하폐수에서 유기물의 제거와 더불어 질소·인의 처리가 더욱 강조되고 있는 실정이다.

그러나, 외기 온도가 일정 수준 이하로 하강하는 동절기의 경우 하폐수 처리효율, 즉 질소/인 처리 효율이 상당부분 감소하게 되는 문제가 발생하였으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 동절기의 낮은 하폐수 온도를 일정 수준 이상으로 상승시켜 주어야 할 필요가 발생한다.

동절기에 하폐수 온도를 상승시키기 위한 종래의 방법 중에는 공정의 모든조 상부를 덮개를 씌우는 방법이 있는데, 이러한 덮개 방법은 시설비 증가, 유지관리 불편, 미생물 반응조 및 연속 회분식 반응조(폭기조)의 악영향 초래 등 많은 문제점을 야기하는바 이외에 보다 미래지향적인 방법이 요구된다.

한국 등록특허 제10-0477581호 (2005.03.09 등록)

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 특히 동절기와 같은 저온 시기에 하폐수를 처리할 경우 하폐수의 처리 온도를 보다 상승시켜 질소/인의 처리효율을 향상시킬 수 있는 하폐수 고도처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 일 측면에 따르면, 미생물 반응조; 상기 미생물 반응조로부터 하폐수를 공급받아 반응, 침전, 배출공정이 이루어지는 연속 회분식 반응조; 상기 연속 회분식 반응조에서 정화된 정화수를 배출하는 방류조; 및 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부 공간에 각각의 내부 공간에 수용된 하폐수에 상기 하폐수의 온도보다 일정 이상의 고온을 제공하는 고온 제공부를 포함하는 하폐수 고도처리장치가 제공된다.

상기 고온 제공부는, 상기 방류조 내부에 설치되는 제1 열교환기; 상기 미생물 반응조 내부에 설치되는 제2 열교환기; 상기 연속 회분식 반응조 내부에 설치되는 제3 열교환기; 및 상기 제1 열교환기에 형성된 열을 흡수한 후 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기 측으로 공급하는 히트펌프를 포함할 수 있다.

상기 고온 제공부는, 지중의 열을 회수하는 지열 회수기; 상기 미생물 반응조 내부에 설치되는 제2 열교환기; 상기 연속 회분식 반응조 내부에 설치되는 제3 열교환기; 및 상기 지열 회수기에 형성된 열을 흡수하여 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기 측으로 공급하는 히트펌프를 포함할 수 있다.

상기 고온 제공부는, 상기 연속 회분식 반응조로부터 상기 방류조로 배출되는 정화수와 상기 미생물 반응조 전방의 유량 조정조로부터 상기 미생물 반응조로 공급되는 하폐수 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열회수기를 더 포함할 수 있다.

상기 열회수기는, 내부 공간이 마련되며 상기 유량 조정조로부터 하폐수가 유입되는 하폐수 유입관과 상기 미생물 반응조 측으로 하폐수를 공급하는 하폐수 배출관이 연결되는 열회수 쉘; 및 상기 연속 회분식 반응조로부터 상기 방류조 측으로 정화수를 배출하는 정화수 배출배관에 연결되어 상기 정화수를 상기 열회수 쉘 내부로 유입시킨 후 다시 방류조로 배출하도록 유도하는 열회수 튜브관을 포함할 수 있다.

상기 고온 제공부는, 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부에 저장된 하폐수의 온도 변화에 따라, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기로 전달되는 고온의 열을 조절 가능한 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 온도 조절부는, 상기 히트펌프와 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기 사이에 마련되어 고온의 열을 전달하는 열전달 배관 상에 각각 설치되는 복수의 히터를 포함할 수 있다.

상기 온도 조절부는, 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부에 저장된 하폐수의 온도를 각각 측정하는 제1 및 제2 온도센서; 및 상기 제1 및 제2 온도센서의 감지값을 전달받아 상기 복수의 히터의 발열량을 각각 조절 가능한 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 연속 회분식 반응조에는 내부에 수용된 하폐수에 초미세기포를 공급하는 초미세기포 공급부가 마련될 수 있다.

상기 연속 회분식 반응조에는 상기 초미세기포 공급부를 통해 생성된 초미세기포를 교반하기 위한 초미세기포 교반부가 더 마련될 수 있다.

본 고안에 의하면, 지중 열 및 방류 수열을 이용하여 동절기 저온의 하폐수를 승온시켜 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 하폐수 내부로 초미세기포를 공급하여 이중으로 질소/인 처리 효율을 상승시킬 수 있다.

또한, 히트펌프와 열회수기가 모두 마련되는 경우, 각각이 별도로 적용되는 경우에 비해 히트펌프와 열회수기의 용량을 일정 이상 감축시킨 상태에서도 원수의 온도 상승을 충분히 유도할 수 있게 된다.

또한, 지열 회수기를 통해 지중 열을 회수한 후 이러한 열을 이용하여 원수 온도를 상승시킬 수 있으며 이 경우 배관 구조가 간단하여 종래 일반적인 하폐수 고도처리장치에 쉽게 적용할 수 있게 된다.

또한, 히트펌프와 지열 회수기가 모두 마련되는 경우, 각각이 별도로 적용되는 경우에 비해 히트펌프와 지열 회수기의 용량을 일정 이상 감축시킨 상태에서도 원수의 온도 상승을 충분히 유도할 수 있게 된다.

또한, 수온이 낮은 동절기에도 질소/인 제거효율이 하절기의 제거효율과 유사하도록 함으로써 질소/인의 제거효율 향상뿐 아니라 에너지 절감효과, 에너지 자립화에도 큰 이점이 발생한다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 고안의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 미생물 반응조를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 고안의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 초미세기포 공급부를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 종래 산기관 방식의 조대기포(coarse bubble, cm 크기) 폭기 및 본 고안의 제1 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 초미세기포 공급부를 이용한 초미세기포(ultra-fine bubble, m 크기)의 현장 폭기 장면이다.
도 7은 기존 산기관 방식의 조대기포와 본 고안의 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 초미세기포 공급부를 이용한 초미세기포의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1에 온도 조절부가 마련된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 하폐수 온도 변화에 따른 암모늄의 질산화 속도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 하폐수 온도 변화에 따른 완전한 질산화에 필요한 최소 SRT(Sludge Retention Time)를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 고안의 제2 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 고안의 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치(이하, '고도처리장치'라 함)는, 특히 동절기와 같은 시기에 하폐수를 처리할 경우 하폐수의 처리 온도를 보다 상승시켜 질소/인의 처리효율을 향상시키기 위해 마련된다.

이하, 본 고안을 다양한 실시예를 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 고안의 제1 실시예에 따른 고도처리장치는, 하폐수의 미생물에 의한 탈인 반응과 탈질 반응이 이루어지는 미생물 반응조(100)와, 미생물 반응조(100)로부터 하폐수를 공급받아 미생물 반응, 침전, 배출공정이 연속적으로 이루어지는 연속 회분식 반응조(200)(SBR, Sequencing Batch Reactor)와, 연속 회분식 반응조(200)에서 정화된 정화수를 배출하는 방류조(410)와, 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)의 내부 공간에 각각의 내부 공간에 수용된 하폐수에 하폐수의 온도보다 일정 이상의 고온을 제공하는 고온 제공부(500)를 포함한다.

또한, 본 고안의 제1 실시예에 따른 고도처리장치는, 미생물 반응조(100)의 전방에 마련된 전처리조(420) 및 유량조정조(430)를 더 포함한다.

여기서, 전처리조(420)는 유입 하폐수에 포함된 유분 성분을 제거하고 침사물 및 협잡물을 제거하여 후속 공정, 즉 유량조정조(430) 내에 마련된 유량조정펌프를 보호하는 역할을 하며, 유량조정조(430)는 후공정인 미생물 반응조(100)로의 하폐수 공급을 제어하게 되며, 이를 위해 유량조정조(430)에는 유량조정펌프가 마련되어 있다. 또한, 방류조(410)는 연속 회분식 반응조(200)에서 정화된 정화수를 정수조 또는 하천 등으로 배출하게 된다.

먼저, 미생물 반응조(100)는 하나의 반응조에서 탈인 반응과 탈질 반응이 모두 이루어지게 하도록 이루어진다.

구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 미생물 반응조(100)는, 혐기/무산소성 미생물반응조(100)의 혐기성영역(101) 상부측에 형성되어 유량조정조(430)로부터의 유입원수 및 연속 회분식 반응조(200)의 하부영역으로부터 반송되는 반송슬러지가 유입되는 와류방지수단(103)이 구비된 유입부(102)와, 혐기/무산소성 미생물반응조(100)의 무산소영역(104) 하부측에 형성되어, 질화액이송조(105)로부터 이송되는 반송질화액이 유입되는 질화액분산수단(107)이 구비된 반송질화액의 유입부(106)와, 미생물들의 혐기기작에 의해 인의 방출이 이루어지게 하여 탈인반응을 수행하게 하는 미생물 반응조(100)의 중앙부에 형성되는 하향 흐름의 혐기성영역(101)과, 혐기성영역(101) 외측에 형성되어 탈질 미생물들의 무산소성기작에 의해 반송질화액의 질산성질소 및 아질산성질소를 질소기체로 환원시킴으로써 탈질반응을 수행하게 하는 상향 흐름의 무산소영역(104)과, 혐기성영역(101)과 무산소영역(104)에 있어서의 탈인 반응과 탈질 반응이 상호간섭되지 않도록 혐기성영역(101)과 무산소영역(104)을 구획하는 상부경사격벽(109)과 하부경사격벽(110)이 연계된 중앙격벽(108)과, 혐기성영역(101) 내부하측에 구성되어 미생물에 의한 탈인 반응이 혐기성영역(101) 전체에서 이루어지도록 유입원수, 반송슬러지, 및 혐기성영역에서 체류하고 있던 슬러지를 혼합/교반하는 수중슬러지펌프(120)와, 무산소영역(104) 내측에 구성되어 미생물들이 부착되어 서식할 수 있게 하는 현수식으로 설치되는 섬모볼담체(130)와, 혐기/무산소성 미생물반응조(100)의 상부외주부에 형성되어 혐기성영역(101) 및 무산소영역(104)에서 탈인탈질처리된 처리수가 다음 공정으로 유하식으로 자연월류되게 하는 월류식 웨어(141)가 연계된 유출부(140)를 포함한다.

한편, 유입원수, 반송슬러지 및 혐기성 영역에서 체류하고 있던 슬러지의 혼합/교반이 혐기성영역(101) 전체에서 효과적으로 이루어지도록 수중슬러지펌프(120) 상측에 슬러지상승관(121)과 슬러지하강관(122)이 연계된다.

다음, 연속 회분식 반응조(200)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 고도처리장치의 연속 회분식 반응조(200)는, 내부 반응 공간을 갖는 반응 블록(201)을 가지며 미생물 반응조(100)로부터 하폐수 혼합물을 공급받아 폭기, 침전, 정화수 방류 및 슬러지 방출과 반송 작업을 시간차를 두고 수행하게 된다.

이러한 연속 회분식 반응조(200)는, 미생물 반응조(100)로부터 하폐수를 공급받는 하폐수 혼합물 공급배관(202)과, 내부에 수용된 하폐수에 초미세기포를 공급하는 초미세기포 공급부(210)와, 디켄터부(310)와, 슬러지 반송부(300)를 포함한다.

이하 설명에 앞서, 먼저 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)의 반응 흐름에 대해 설명하면, 구체적으로 도면에 도시하지는 않았지만, 미생물 반응조(100)에서 탈질 및 탈인 반응을 거치면서 일정 이상 균질화된 하폐수 혼합물(하폐수와 슬러지의 혼합 상태)은 하폐수 혼합물 공급배관(202)을 통해 연속 회분식 반응조(200)의 반응 블록(201) 내부로 유입된다. 이후, 초미세기포 공급부(210)는 설정 시간 동안 간헐적으로 또는 지속적으로 미세 기포를 공급하는 폭기 작업을 실시하게 된다. 이러한 폭기 작업이 완료되면 반응 블록(201) 내부로의 하폐수 혼합물 유입을 정지시키고 설정 시간 동안 가만히 두어 슬러지가 반응 블록(201) 하부로 침전되도록 한다. 이어서, 반응 블록(201)에 정화수층과 슬러지층이 구분되면 디켄터부(310)는 반응 블록(201) 상측 영역의 정화수만을 따로 배출하게 되며, 이러한 하폐수 혼합물 유입 -> 폭기 -> 슬러지 침전 -> 정화수 배출의 일련의 작업이 고도처리를 위한 하나의 싸이클로 실시된다. 한편, 전술한 정화수 배출 작업이 완료되면 다시 하폐수 혼합물이 유입되고 마찬가지로 새로운 싸이클이 반복 실시된다.

이하, 연속 회분식 반응조(200)의 각 구성들에 대해 설명한다.

먼저, 하폐수 혼합물 공급배관(202)은 미생물 반응조(100)로부터 하폐수를 공급받아 반응 블록의 바닥 영역으로 공급하게 된다.

또한, 초미세기포 공급부(210)는 반응 블록(201) 내부로 공급된 하폐수 혼합물에 미세 기포를 공급하게 되며, 디켄터부(310)는 정화수 방류 작업시 설정된 수위 영역의 정화수를 외부로 배출하게 되고, 슬러지 반송부(300)는 슬러지 방출 및 반송작업시 바닥면에 적층된 슬러지를 외부로 방출함과 더불어 미생물 반응조(100)로 반송시키게 된다.

여기서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 초미세기포 공급부(210)는, 개방구(212)를 갖는 외부 하우징(211)과, 외부 하우징(211) 내부에 수용되고 그 내부에 유입공간(214)을 갖는 케이스(213)와, 케이스(213) 속에 내장되는 물 펌프(220)와, 케이스(213)의 유입공간(214)으로 공기를 공급하기 위해 케이스(213)에 연결되는 공기 공급관(250)과, 물 펌프(220)에 의해 고속으로 유동하는 물속에 함유된 공기를 초미세기포 형태로 케이스(213) 외부로 분사하기 위해 케이스(213)에 결합되는 분산장치(260)를 포함한다. 이러한 초미세기포 공급부(210)는 물 펌프(220)와 분산장치(260)가 하나의 케이스(213)에 결합된 상태로 수중에 설치된다. 물 펌프(220)는 전원 공급선(미도시)을 통해 지상에 설치된 전원 공급기(미도시)로부터 전원을 공급받아 작동하고, 공기 공급관(53)은 지상에 설치되는 공기 펌프(미도시)와 연결된다.

케이스(213)는 그 내부에 물과 공기가 유입되는 유입공간(214)이 마련되고, 케이스(213)의 외면에는 유입공간(214)으로 물이 유입될 수 있도록 유입공간(214)과 연결되는 복수의 흡입구멍(215)이 형성된다. 케이스(213)의 내부에는 물 펌프(220)가 내장된다. 물 펌프(220)는 모터(241)와 모터(241)에 의해 회전하는 임펠러(242)를 포함한다. 이러한 물 펌프(220)는 유입공간(214) 내부의 임펠러(242) 아래쪽에 설치된 유입 가이드 부재(252)와 연결되며, 임펠러(242)가 고속으로 회전하면 유입 가이드 부재(252)의 유입구(253)를 통해 물이 흡입된다.

유입 가이드 부재(252)의 하부에는 유입공간(214) 내부로 공기를 공급하기 위해 공기 공급관(250)과 연결되는 산기장치(254)가 설치된다. 공기 펌프(미도시)가 작동하면 외기가 공기 공급관(250)을 통해 산기장치(254)로 공급되고, 산기장치(254)에서 미세기포 형태로 유입공간(214)으로 공급된다. 따라서 물 펌프(220)의 임펠러(242)가 고속으로 회전하면 산기장치(254)를 통해 물속으로 공급되는 공기는 임펠러(242)에 의해 물과 격렬하게 부딪히면서 더욱 미세한 기포로 쪼개지고, 미세기포와 물이 혼합된 물-공기 혼합유체가 만들어진다. 그리고 물-공기 혼합유체는 물 펌프(220)의 펌핑 작용으로 케이스(213) 내부에 마련된 연결유로(216)를 통해 분산장치(260) 쪽으로 고속으로 유동하게 된다.

유입공간(214)으로 공기를 공급하기 위한 산기장치(254)는 생략될 수도 있는데, 이 경우 공기 공급관(250)의 끝단이 유입공간(214) 내부에 위치하여 공기 공급관(250)의 개방된 끝단을 통해 공기가 유입공간(214)으로 유입될 수 있다. 그러나 산기장치(254)를 이용하여 공기 공급관(250)을 통해 공급되는 공기를 미세기포 형태로 유입공간(214)으로 공급하면, 임펠러(242)의 회전에 의해 공기를 물속에 더욱 균일하고 효율적으로 혼합시킬 수 있으며, 물-공기 혼합유체로부터 만들어지는 초미세기포의 발생량을 증가시키고, 초미세기포의 크기를 더욱 미세하게 할 수 있는 효과가 있다.

물 펌프(220)에 구비되는 임펠러(242)로는 수중에 존재할 수 있는 협잡물을 잘게 분쇄시켜 줄 수 있는 커터식이 바람직하다. 물 펌프(220)는 모터(241)의 회전력을 조절하기 위한 RPM인버터를 포함할 수 있으며, RPM인버터를 통해 임펠러(242)의 회전력을 변화시킴으로써, 공기의 흡입량, 물의 흡입량, 물-공기 혼합유체의 이송량, 분산장치(260)를 통해 분사되는 초미세기포의 크기 등을 조절할 수 있다.

일반적인 액체용 펌프에 있어서, 공기의 유입은 펌프의 내부에 공동현상(cavitation)을 발생시켜 액체의 흡입력을 상실시키게 된다. 그러나 본 고안에 의한 초미세기포 공급부(210)에 구비되는 물 펌프(220)는 물속에 잠겨 양압(+ pressure) 분위기에 위치하고 흡입 양정을 두지 않기 때문에, 어느 정도의 공기가 유입되더라도 일반적인 액체용 펌프보다 공동현상의 영향을 크게 받지 않는다.

임펠러(242)의 고속 회전에 의해 물속에 공기가 혼합되면서 만들어지는 물-공기 혼합유체는 케이스(213)에 마련되는 연결유로(216)를 통해 분산장치(260)로 공급된다. 도 4에 도시된 것과 같이, 분산장치(260)는 연결유로(216)를 따라 유동하는 물-공기 혼합유체를 케이스(213) 외부로 분사하기 위한 것으로 케이스(213)에 결합된다. 분산장치(260)는 케이스(213) 내부의 연결유로(216)와 연결되는 분사유로(261)를 갖는 분사관(262)과, 분사관(262)의 끝단에 결합되는 분사 헤드(263)와, 분사 헤드(263)에 결합되는 충돌판(266)을 포함한다. 분사 헤드(263)는 외부 하우징(211)의 외부에 배치되며 분사유로(261)와 연결되는 토출구(268)를 갖는다.

분사유로(261)를 따라 유동하는 물-공기 혼합유체는 분사 헤드(263)의 토출구(268)를 통해 토출되며, 토출구(268)를 통해 고속으로 토출되는 물-공기 혼합유체는 토출구(268) 전방에 배치된 충돌판(266)에 부딪힌 후 분사 헤드(263) 둘레의 분사 헤드(263)와 충돌판(266) 사이에 구비되는 분사구(269)를 통해 하폐수 속으로 분사된다. 충돌판(266)에 부딪히는 물-공기 혼합유체가 분사 헤드(263) 둘레의 분사구(269) 쪽으로 원활하게 유동할 수 있도록 충돌판(266)의 중앙에는 토출구(268)를 향해 융기된 융기부(270)가 구비된다. 융기부(270)는 구면(球面)형의 가이드 곡면(271)을 구비하며, 토출구(268)에서 고속으로 토출되는 물-공기 혼합유체는 가이드 곡면(271)을 따라 분사 헤드(263)의 둘레 쪽으로 고르게 퍼져나가게 된다.

토출구(268)를 통해 고속으로 토출되는 물-공기 혼합유체가 충돌판(266)에 부딪힐 때, 물-공기 혼합유체 속에 함유된 미세기포는 밀리미터 크기에서 나노미터 크기까지 다양한 크기로 더욱 미세하게 쪼개지고, 이렇게 쪼개진 초미세기포는 분사구(269)를 통해 반응 블록(201) 내의 하폐수 속으로 투입된다.

초미세기포 공급부(210)로부터 발생되는 초미세기포의 크기나 분산 형태는 공기 공급관(250)을 통해 유입공간(214)으로 유입되는 공기의 유량, 물 펌프(220)의 임펠러(242) 회전속도, 분사구(269)의 높이 등에 따라 조절될 수 있다. 분사구(269)의 높이는 충돌판(266)을 이동시켜 분사 헤드(263)와 충돌판(266) 사이의 간격을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 이를 위해 충돌판(266)은 간격조절 볼트(290)에 의해 분사 헤드(263)에 결합된다.

간격조절 볼트(290)는 충돌판(266)에 형성된 나사구멍(267)에 나사 결합되는 스크류 축(291)과, 스크류 축(291)의 충돌판(266)으로부터 돌출되는 일단에 마련되는 헤드(292)와, 스크류 축(291)의 타단에 마련되는 축 연결부재(293)를 포함한다.

축 연결부재(293)는 분사 헤드(263)에 회전 가능하게 결합되는 것으로, 스크류 축(291)의 타단에 연결되는 소경부(294)와, 소경부(294)의 끝단에 결합되는 대경부(295)를 포함한다. 소경부(294)는 분사 헤드(263)에 형성된 연결구멍(265)에 회전 가능하게 삽입되고, 대경부(295)는 연결구멍(265)과 연결되도록 분사 헤드(263)에 마련된 수용실(264)에 회전 가능하게 수용된다. 대경부(295)의 폭은 연결구멍(265)의 폭보다 커서 대경부(295)는 연결구멍(265)을 통해 수용실(264)에서 빠져나갈 수 없다. 헤드(292)의 끝단에는 사용자 조작을 위한 공구가 끼움 결합될 수 있는 공구 홈이 마련되거나, 헤드(292)의 외측 둘레에는 마찰력을 높여주기 위한 요철부가 마련될 수 있다.

사용자가 헤드(292)를 돌리면 스크류 축(291)과 축 연결부재(293)가 회전하게 되는데, 축 연결부재(293)는 분사 헤드(263)에 결합된 상태로 공회전하고, 스크류 축(291)은 충돌판(266)과 나사 결합된 상태로 회전하게 된다. 이때, 충돌판(266)과 스크류 축(291) 사이의 나사 운동에 의해 충돌판(266)이 분사 헤드(263) 쪽으로 가까워지거나 분사 헤드(263)로부터 멀어지면서 분사구(269)의 높이가 다양하게 조절될 수 있다.

관련 도면에는 충돌판(266)이 한 쌍의 간격조절 볼트(290)에 의해 분사 헤드(263)에 결합된 것으로 나타냈으나, 간격조절 볼트(290)의 설치 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 충돌판(266)의 구체적인 구조나, 간격조절 볼트(290)의 구체적인 구조, 간격조절 볼트(290)와 분사 헤드(263)의 결합 구조, 간격조절 볼트(290)와 충돌판(266)의 결합 구조는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 상술한 것과 같이, 초미세기포 공급부(210)는 물 펌프(220)와 분산장치(260)가 하나의 케이스(213)에 설치되는 단순하고 콤팩트한 구조를 가지며, 수중에 설치하기 용이하다.

다음, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬러지 반송부(300)는, 반응 블록(201) 하부에 적층된 슬러지를 흡입하여 외부 방출 및 반송하는 슬러지 반송펌프로 적용 가능하며, 구체적으로, 하폐수 고도처리를 위한 싸이클 반복 작업 중 폐수 혼합물 유입시, 간헐 폭기 작업시, 폭기 작업시 작동하여 반응 블록(201) 바닥에 적층되는 슬러지를 미생물 반응조(100)로 반송할 수 있다. 이러한 슬러지 반송펌프의 구동 제어는 제어부(미도시)에 의해 제어되며 일반적으로 제어부는 고도처리 작업이 진행하는 동안 시간 경과에 따른 타이머 신호를 전달받아 슬러지 반송펌프의 구동을 온오프 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라 제어부는 폐수 혼합물 유입시, 간헐 폭기 작업시 슬러지 반송펌프의 구동을 주기적으로 온오프할 수도 있다.

다음, 디켄터부(310)는 정화수 방류 작업을 위해 반응 블록(201)의 설정된 수위 영역의 정화수(적층된 슬러지층 상부에 저장됨)를 외부로 배출하는 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 반응 블록(201) 내의 수위 변동, 즉 하폐수 혼합물 유입 및 정화수 배출에 따라 승강 가능하게 마련되는 부력체(311)와, 부력체(311)에 고정되며 정화된 정화수가 흡입 가능하도록 흡입구가 마련되는 정화수 흡입기(312)와, 정화수 흡입기(312)에 흡입압을 제공하는 디켄터 펌프(313)를 포함한다.

여기서, 부력체(311)는 스티로폼과 같은 부력을 갖는 재질로 이루어지거나 내부에 공기를 주입 가능한 구조로 이루어질 수 있다. 정화수 흡입기(312)는 정화수를 흡입 가능하도록 흡입구와 밸브가 마련되며, 여기서 밸브는 디켄터 펌프(313) 구동시에만 개방 가능한 체크밸브인 것이 바람직하다.

본 고안에서는, 반응 블록(201) 내로의 하폐수 혼합물 유입, 정화수 배출에 따른 수위 변동에 따라 정화수 흡입기(312)와 부력체(311)가 마찬가지로 승강하게 된다. 한편, 디켄터 펌프(313)는 별도의 지지대에 고정되는데, 정화수 흡입기(312)의 승강시 디켄터 펌프(313)와 정화수 흡입기(312)의 사이 간격은 유동적으로 변하게 된다.

이러한 사이 간격의 유동적인 변화에 대응하도록, 정화수 흡입기(312)와 디켄터 펌프(313)는 플렉시블 배관(314)을 통해 연결되는 것이 바람직하다. 여기서, 플렉시블 배관(314)은 액체에 의해 부식되지 않는 스테인레스 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 정화수 흡입기(312)의 승강에 따라 탄성적으로 형태 변화가 이루어진다.

본 고안의 실시예에서, 도 1에 도시한 바와 같이, 연속 회분식 반응조(200)에는 초미세기포 공급부(210)를 통해 생성된 초미세기포를 반응 블록(201) 내에서 교반하기 위한 초미세기포 교반부(320)가 더 마련된다.

이러한 초미세기포 교반부(320)는, 교반모터(321)와 교반모터(321)의 구동에 의해 회전 가능한 교반 임펠러(322)를 포함한다.

본 고안은, 후술하는 바와 같이 방류수열을 회수하여 원수 온도를 승온시킴으로써 질소/인 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 이와 더불어 초미세기포 공급을 통해 질소/인 처리 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있다. 이하, 초미세기포 공급에 따른 질소/인 처리 효율 상승 메커니즘에 대해 설명한다.

도 5 및 도 6은 각각, 종래 산기관 방식의 조대기포(coarse bubble, cm 크기) 폭기 및 본 고안의 실시예에 다른 초미세기포 공급부(210)를 이용한 초미세기포(ultra-fine bubble, m 크기)의 현장 폭기 장면이다.

하폐수 시설의 미생물 반응조(폭기조)에 있어서 최적 용존산소(dissolved oxygen)인 DO 1.0 내지 1.5mg/L을 유지하기 위해서는 산기관 방식의 조대기포(비교군)에 있어서 초미세기포의 경우보다 훨씬 더 많은 양의 공기가 필요하였다. 물론 더 많은 양의 공기가 유입되는 종래 산기관 방식의 조대기포의 경우가 본 고안의 초미세기포의 경우보다 난류 강도와 교반 효과는 우수하게 보일지라도 조대기포는 기포크기가 초미세기포보다 10³배 정도 크기 때문에 수중 산소전달에 있어서 미흡한 단점이 있다. 이에 반해 본 고안의 초미세기포는 기포크기가 대략 1mm에서 10μm로 쪼개지는 경우, 기포수 10⁶배 증가 및 계면적 100배 증가로 인하여 수중 산소전달면적이 매우 증가할 뿐만 아니라 낮은 부력에 의해서 수중 체류시간이 증가하면서 수중 산소전달효율이 증가하게 된다. 예를 들어 본 고안의 초미세기포의 경우, 표준산소전달효율(SOTE)이 조건에 따라 60 내지 85%로 측정되었는데, 이는 종래 산기관 방식의 10 내지 20% 보다 약 3 내지 8.5배 향상된 것이다. 특히 상기의 특징을 갖는 초미세기포는 수온이 8 내지 10℃로 내려가는 동절기에도 질산화미생물, 탈질미생물, 인제거미생물들에게 효과적으로 산소를 전달할 수 있기 때문에 동절기 질소/인 처리효율 향상에도 탁월한 효과가 있다.

일례로 8~10℃ 수온의 동절기에 있어서, 일반적인 산기관을 사용할 경우 평균 질소/인 처리효율은 20~40%인 반면에, 상기의 초미세기포를 이용할 경우에는 낮은 수온에 있어서도 평균 질소/인 처리효율이 40~55%로 향상되는 효과를 발휘하였다.

한편, 도 7에는 기존 산기관 방식의 조대기포와 본 고안의 초미세기포의 특성을 나타내었다. 도 7을 살펴보면, 약 1.5cm 크기의 조대기포의 경우 폭기 시간 40분이 경과해도 용존산소의 포화상태에 도달하지 못하는 반면에, 30μm 크기의 초미세기포의 경우 폭기 시간 약 2.5분에 포화 용존상태에 도달하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 조대기포에서의 평균 산소전달효율(SOTE)은 21%, 본 고안의 초미세기포에 있어서의 평균 산소전달효율(SOTE)은 84%로 약 4배 이상 향상되는 것으로 나타났으며, 이로 인해 초미세기포에 있어서의 폭기에너지의 절감효과는 37%로 나타났다.

본 고안에서는 초미세기포를 공급함에 따라, 높은 산소전달효율로 인한 폭기량 절감과 기존 반응조보다 작아진 시설물(반응 블록) 용량으로도 동일한 처리효율을 얻을 수 있기에 에너지절감 효과뿐만 아니라 건설비 절감 효과 등 경제성 측면에서도 유리하다.

다음, 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)의 각각의 내부 공간에 수용된 하폐수에 하폐수의 온도보다 일정 이상의 고온을 제공하는 고온 제공부(500)를 설명한다. 본 고안의 제1 실시예에서, 고온 제공부(500)는 방류조(410) 측으로 배출되는 정화수의 방류수열을 회수하여 원수의 온도를 승온시켜 질소/인 처리 효율을 증대시키도록 마련된다.

구체적으로, 도 1 및 도 8에 도시한 바와 같이, 고온 제공부(500)는, 방류조(410) 내부에 설치되는 제1 열교환기(510)와, 미생물 반응조(100) 내부에 설치되는 제2 열교환기(520)와, 연속 회분식 반응조(200) 내부에 설치되는 제3 열교환기(530)와, 제1 열교환기(510)에 형성된 열을 흡수한 후 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530) 측으로 공급하는 히트펌프(540)를 포함한다.

여기서, 제1 열교환기(510)는 일종의 열교환 배관으로서, 그 일측이 히트펌프(540)의 증발기(541) 측에 인접하게 마련되며 타측은 방류조(410) 내에 다수회 절곡된 상태로 마련된다. 또한, 제1 열교환기(510)의 내부에는 물 등의 냉매가 순환하게 되며 이러한 냉매의 순환을 용이하게 하도록 일측에는 순환펌프(511)가 마련된다.

한편, 동절기에 방류조(410) 내의 정화수 온도는 대략 10℃ 정도로 형성되는데 증발기(541)는 제1 열교환기(510)에 형성된 열을 흡수하게 되며 이에 따라 히트펌프(540) 내의 냉매 상변화가 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서 방류조(410)로부터 최종적으로 배출되는 정화수의 온도는 전술한 열 흡수에 의해 좀 더 하강한 상태가 된다.

제2 열교환기(520)와 제3 열교환기(530)는 각각 마찬가지로 열교환 배관으로서, 그 내부에는 물 등의 냉매가 순환하게 되며 서로 연결되게 마련되며 일측에는 냉매 순환을 위한 순환펌프(531)가 마련된다.

제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530)는 각각 그 일측이 히트펌프(540)의 응축기(542) 측에 인접하게 마련되며 타측은 각각 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200) 내부에 다수회 절곡된 상태로 마련된다.

한편, 동절기에 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200) 내의 하폐수 온도는 대략 10℃ 정도로 형성되는데 응축기(542)는 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530) 측으로 열을 방출하게 되며 이에 따라 히트펌프(540) 내의 냉매 상변화가 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530)에 형성되는 온도는 현재 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200)에 수용된 하폐수 온도보다 일정 이상 증가한 상태로 형성된다.

본 고안은 이와 같이 방류조(410)로부터 배출되는 정화수의 온도, 즉 방류수열을 회수하여 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200) 측의 원수(하폐수) 온도를 일정 이상 상승시킬 수 있으므로 특히 동절기에 질소/인 처리효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이 원수 온도 상승에 따른 질소/인 처리 효율 증가에 대한 기술적 배경에 대해서는 후술하기로 한다.

도 1 및 도 8에 도시한 바와 같이, 고온 제공부(500)는, 연속 회분식 반응조(200)로부터 방류조(410)로 배출되는 정화수와 미생물 반응조(100) 전방의 유량조정조(430)로부터 미생물 반응조(100)로 공급되는 하폐수 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열회수기(550)를 더 포함한다. 이러한 열회수기(550)는 일종의 폐열 회수기로서 전술한 제1 열교환기(510), 제2 열교환기(520), 제3 열교환기(530) 및 히트펌프(540)와 마찬가지로 방류수열을 흡수하여 원수의 온도를 상승시켜 결국 질소/인 처리효율을 향상시키기 위한 것이다.

구체적으로, 열회수기(550)는, 내부 공간이 마련되며 유량조정조(430)로부터 하폐수가 유입되는 하폐수 유입관(552)과 미생물 반응조(100) 측으로 하폐수를 공급하는 하폐수 배출관(553)이 연결되는 열회수 쉘(551)과, 연속 회분식 반응조(200)로부터 방류조(410) 측으로 정화수를 배출하는 정화수 배출배관(555)에 연결되어 정화수를 열회수 쉘(551) 내부로 유입시킨 후 다시 방류조(410)로 배출하도록 유도하는 열회수 튜브관(554)을 포함한다. 또한, 하폐수 유입관(552)에는 유량조정조(430)에 수용된 하폐수를 흡입하여 열회수 쉘(551)로 공급하기 위해 일 예로 흡입펌프(미도시)가 더 마련될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 동절기에 정화수 배출배관(555)을 따라 유동하는 정화수의 온도는 대략 10℃ 정도로 형성되며 연속 회분식 반응조(200)로부터 배출되어 정화수 배출배관(555) 측으로 진입된 정화수는 열회수 튜브관(554) 측으로 유동한 후 다시 정화수 배출배관(555)을 통해 방류조(410) 측으로 진입된다. 이와 같이 열회수 튜브관(554)을 따라 유동하는 정화수는 열회수 쉘(551) 내에서 열회수 쉘(551) 내에 저장되는 하폐수와 열교환하여 하폐수의 온도를 일정 이상 승온시키게 된다.

즉, 본 고안에서는 유량조정조(430)에 저장된 원수(하폐수)가 곧바로 미생물 반응조(100) 측으로 공급되는 것이 아니라, 하폐수 유입관(552)을 통해 열회수 쉘(551) 내측으로 유입되어 열회수 튜브관(554)과 열교환하여 온도가 상승된 후 하폐수 배출관(553)을 통해 미생물 반응조(100) 측으로 공급된다. 이와 같이 본 고안은 방류조(410) 측으로 배출되는 정화수의 온도, 즉 방류수열을 회수하여 미생물 반응조(100) 측으로 공급되기 전 하폐수의 온도를 일정 이상 상승시킬 수 있으므로 특히 동절기에 질소/인 처리효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 하폐수 온도 상승에 따른 질소/인 처리 효율 증가에 대한 기술적 배경에 대해 설명한다.

도 9는 하폐수 온도 변화에 따른 암모늄의 질산화 속도 변화를 나타내는 그래프이고, 도 10은 하폐수 온도 변화에 따른 완전한 질산화에 필요한 최소 SRT(Sludge Retention Time)를 나타내는 그래프이다.

도 9를 살펴보면, 동절기 하폐수 수온 12℃에서의 하폐수 중 암모늄염의 질산화속도/최대질산화속도는 10% 정도로 나타나는 것을 알 수 있는데, 하폐수의 수온을 25℃ 정도로 상승시킬 경우 60% 정도로 크게 향상됨을 확인할 수 있다. 부연하자면, 10 내지 29℃의 온도범위에서 온도가 1℃ 증가함에 따라 질산화율이 평균적으로 2%씩 증가하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 10을 살펴보면, 동절기 하폐수의 수온을 12℃에서 22~25℃로 상승시킬 경우, 완전한 질산화를 위한 활성슬러지의 최소 SRT가 4.3일에서 1일 정도로 대폭 감소하는 것을 확인할 수 있으며 이에 따라 질산화반응조의 용량을 크게 감축시킬 수 있는 이점이 있다.

여기에, 인(P)의 생물학적 처리 기작을 살펴보면, 혐기 상태에서 인을 방출하면서 탄소를 저장하고 호기 상태에서는 탄소를 소모하면서 인을 저장하는 인 축적 미생물(PAO)의 독특한 능력에 의한 것으로, 생물학적 인 제거는 혐기 및 호기 공정에서 인의 방출 및 섭취현상을 이용하는 것이다.

한편, 질소 제거에 있어서 최종제거는 N₂ gas로 방출시킬 수 있지만, 인은 대기중으로 방출시킬 수 없으므로 오로지 슬러지 인발에 의존하여 제거해야 한다. 인을 효과적으로 제거하기 위해서는, 슬러지 인발을 주기적으로 많은 양을 인발해야 하는데, 이를 위해서는 SRT를 짧게 하여 운전해야 한다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 하폐수의 수온을 승온시킴으로써 SRT를 감소할 수 있으며 이에 따라 인 제거의 효율을 상승시킬 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 동절기에서의 저조한 하폐수 처리효율을 바람직한 수준으로 향상시키기 위해서는 도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이 동절기의 낮은 하폐수 온도를 상승시켜야 할 필요가 발생한다. 이에 본 고안은 방류수열을 회수하여 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200) 내의 하폐수 온도를 상승시켜 탈질/탈인 미생물들의 활성화를 촉진시킴으로써 결국 동절기 질소/인 제거효율을 향상시킬 수 있게 된다.

앞서 설명한 고온 제공부(500)를 좀 더 설명하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 고온 제공부(500)는, 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)의 내부에 저장된 하폐수의 온도 변화에 따라, 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530)로 전달되는 고온의 열을 조절 가능한 온도 조절부(560)를 더 포함한다.

구체적인 설명에 앞서, 방류조(410)로부터 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)까지의 각각의 거리는 전체 고도처리장치의 규모에 따라 대략 10여 미터에서 길게는 수십 미터까지 형성될 수 있다. 즉, 이와 같이 상당한 사이 거리를 가지므로 특히 동절기에 히트펌프(540)의 응축기(542)와 열교환된 냉매는 배관을 따라 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200) 측으로 유동하는 과정에 외부의 차가운 공기와 열교환되어 그 온도가 하락할 수 있게 된다. 이와 같은 온도 하락의 폭이 클수록 전술한 바와 같은 방류수열을 흡수하여 원수(하폐수)의 온도를 승온하고자 하는 본 고안의 의도에서 상대적으로 원수의 온도 상승폭이 작아질 수 있게 되며 이에 따라 질소/인 제거 효율이 일부 감소할 수 있다.

본 고안은 이를 방지하고자, 히트펌프(540)의 응축기(542)와 열교환된 냉매가 열전달 배관을 따라 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200) 측으로 유동하는 과정에 온도가 하락하는 정도 및 질소/인 제거 효율의 감소를 최소화하도록 온도 조절부(560)가 더 마련된다.

도 8에 도시한 바와 같이, 온도 조절부(560)는, 히트펌프(540)와 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530) 사이에 마련되어 고온의 열을 전달하는 열전달 배관 상에 각각 설치되는 복수의 히터(561)를 포함한다.

또한, 온도 조절부(560)는, 미생물 반응조(100)와 연속 회분식 반응조(200)의 내부에 저장된 하폐수의 온도를 각각 측정하는 제1 및 제2 온도센서(562,563)와, 제1 및 제2 온도센서(562,563)의 감지값을 전달받아 복수의 히터(561)의 발열량을 각각 조절 가능한 제어부(564)를 포함한다.

여기서, 히터(561)는 항시 발열되는 것은 아니며, 제어부(564)가 제1 및 제2 온도센서(562,563)의 감지값을 전달받아 감지값이 설정 기준 범위 미만인 경우에만 제어부(564)의 구동 신호를 전달받아 발열되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 고안의 제2 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 고안의 제2 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치를 설명하며, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략하며 관련 도면에서 동일한 도면 번호를 사용하기로 한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 고안의 제2 실시예에서는 고온 제공부(700)가 제1 실시예와 상이한 구성으로 이루어지며 나머지 구성들은 동일하게 적용된다.

본 고안의 제1 실시예에서, 고온 제공부(500)는 방류조(410)에 저장된 정화수의 방류수열과 열회수기(550)를 이용한 폐열 회수를 이용하여 원수를 승온시키는 방법이 적용되는데 반해, 본 고안의 제2 실시예에서는 열회수기(550)를 이용한 폐열 회수와 지열 회수를 이용하여 원수를 승온시키는 방법이 적용된다.

구체적으로, 도 11에 도시한 바와 같이, 본 고안의 제2 실시예에서 고온 제공부(700)는, 지중의 열을 회수하는 지열 회수기(770)와, 미생물 반응조(100) 내부에 설치되는 제2 열교환기(520)와, 연속 회분식 반응조(200) 내부에 설치되는 제3 열교환기(530)와, 지열 회수기(770)에 형성된 열을 흡수하여 제2 열교환기(520) 및 제3 열교환기(530) 측으로 공급하는 히트펌프(540)를 포함한다.

여기서, 지열 회수기(770)는 지중에 설치되어 지중 열과 열교환이 이루어지는 지열회수부(771)와 지열회수부(771)와 연결되는 지열 배관(772)을 포함한다. 지열 배관(772)은 일종의 열교환 배관으로서, 그 일측이 히트펌프(540)의 증발기(541) 측에 인접하게 마련되며 타측은 지열회수부(771)와 연결된다. 또한, 지열 배관(772)의 내부에는 물 등의 냉매가 순환하게 되며 이러한 냉매의 순환을 용이하게 하도록 일측에는 열교환 펌프(773)가 마련된다.

한편, 동절기 또는 하절기 등 계절 변화에 크게 상관없이 지중의 온도는 대략 15 내지 20℃ 정도로 일정하게 형성되는데 증발기(541)는 지열 배관(772)에 형성된 열을 흡수하게 되며 이에 따라 히트펌프(540) 내의 냉매 상변화가 용이하게 이루어질 수 있다.

본 고안은 이와 같이 지중 열을 회수하여 미생물 반응조(100) 및 연속 회분식 반응조(200) 측의 하폐수 온도를 일정 이상 상승시킬 수 있으므로 특히 동절기에 질소/인 처리효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

정리하자면, 본 고안은 방류조(410)에 저장된 정화수의 방류수열을 회수하여 원수(하폐수) 온도를 상승시키고 초미세기포를 공급하여 이중으로 질소/인 처리 효율을 상승시킬 수 있다.

본 고안은 열회수기(550)를 통해 방류조(410) 측으로 이동되는 정화수의 열을 회수하여 유량조정조(430)로부터 배출되는 하폐수와 열교환시킨 후 열교환되어 온도가 상승된 하폐수를 미생물 반응조(100) 측으로 공급함으로써 질소/인 처리 효율을 상승시킬 수 있게 된다. 또한, 히트펌프(540)와 열회수기(550)가 모두 마련되는 경우, 각각이 별도로 적용되는 경우에 비해 히트펌프(540)와 열회수기(550)의 용량을 일정 이상 감축시킨 상태에서도 원수의 온도 상승을 충분히 유도할 수 있게 된다.

본 고안은 지열 회수기(770)을 통해 지중 열을 회수한 후 이러한 열을 이용하여 원수 온도를 상승시킬 수 있으며 이 경우 배관 구조가 간단하여 종래 일반적인 하폐수 고도처리장치에 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 히트펌프(540)와 지열 회수기(770)가 모두 마련되는 경우, 각각이 별도로 적용되는 경우에 비해 히트펌프(540)와 지열 회수기(770)의 용량을 일정 이상 감축시킨 상태에서도 원수의 온도 상승을 충분히 유도할 수 있게 된다.

본 고안을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 미생물 반응조 101: 혐기성영역
103: 와류방지수단 104: 무산소영역
108: 중앙격벽 130: 섬모볼담체
200: 연속 회분식 반응조 210: 초미세기포 공급부
250: 공기 공급관 252: 유입 가이드 부재
254: 산기장치 260: 분산장치
262: 분사관 263: 분사헤드
266: 충돌판 270: 융기부
290: 간격조절 볼트 293: 축 연결부재
300: 슬러지 반송부 310: 디켄터부
311: 부력체 312: 정화수 흡입기
314: 플렉시블 배관 320: 초미세기포 교반부
321: 교반모터 322: 교반 임펠러
410: 방류조 420: 전처리조
430: 유량조정조 500,700: 고온 제공부
510: 제1 열교환기 520: 제2 열교환기
530: 제3 열교환기 540: 히트펌프
550: 열회수기 551: 열회수 쉘
554: 열회수 튜브관 560: 온도 조절부
561: 히터 562: 제1 온도센서
563: 제2 온도센서 564: 제어부
770: 지열 회수기 771: 지열 회수부
772: 지열 배관 773: 열교환 펌프

Claims

삭제
미생물 반응조; 상기 미생물 반응조로부터 하폐수를 공급받아 반응, 침전, 배출공정이 이루어지는 연속 회분식 반응조; 상기 연속 회분식 반응조에서 정화된 정화수를 배출하는 방류조; 및 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부 공간에 각각의 내부 공간에 수용된 하폐수에 상기 하폐수의 온도보다 일정 이상의 고온을 제공하는 고온 제공부를 포함하는 하폐수 고도처리장치에 있어서,
상기 고온 제공부는,
지중의 열을 회수하는 지열 회수기;
상기 미생물 반응조 내부에 설치되는 제2 열교환기;
상기 연속 회분식 반응조 내부에 설치되는 제3 열교환기; 및
상기 지열 회수기에 형성된 열을 흡수하여 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기 측으로 공급하는 히트펌프;
상기 연속 회분식 반응조로부터 상기 방류조로 배출되는 정화수와 상기 미생물 반응조 전방의 유량 조정조로부터 상기 미생물 반응조로 공급되는 하폐수 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열회수기; 및
상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부에 저장된 하폐수의 온도 변화에 따라, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기로 전달되는 고온의 열을 조절 가능한 온도 조절부;를 포함하며,
상기 열회수기는, 내부 공간이 마련되며 상기 유량 조정조로부터 하폐수가 유입되는 하폐수 유입관과 상기 미생물 반응조 측으로 하폐수를 공급하는 하폐수 배출관이 연결되는 열회수 쉘; 및 상기 연속 회분식 반응조로부터 상기 방류조 측으로 정화수를 배출하는 정화수 배출배관에 연결되어 상기 정화수를 상기 열회수 쉘 내부로 유입시킨 후 다시 방류조로 배출하도록 유도하는 열회수 튜브관;을 포함하고,
상기 온도 조절부는, 상기 히트펌프와 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기 사이에 마련되어 고온의 열을 전달하는 열전달 배관 상에 각각 설치되는 복수의 히터; 상기 미생물 반응조와 상기 연속 회분식 반응조의 내부에 저장된 하폐수의 온도를 각각 측정하는 제1 및 제2 온도센서; 및 상기 제1 및 제2 온도센서의 감지값을 전달받아 상기 복수의 히터의 발열량을 각각 조절 가능한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 고도처리장치.